Молекулярная динамика биологических молекул в GROMACS

Моделирование самосборки липидного бислоя

В этом практикуме надо было смоделировать сборку липидного бислоя из случайной стартовой конформации с помощью средств GROMACS.

На kodomo была создана директория с моей фамилией и скачаны следующие файлы, которые даны в практикуме:

#дополнительной топологии для липида DPPC, dppc.itp.
#параметры для липидов lipid.itp.
#координаты одного липида dppc.gro.
#файл-заготовка тополгии системы b.top.
#файл праметров для минимизации энергии em.mdp.
#файл праметров для "утряски" воды pr.mdp pr.mdp.
#файл праметров для молекулярной динамики md.mdp.

На основе одного липида создали ячейку с 64 липидами коммандой:

#genconf -f dppc.gro -o b_64.gro -nbox 4 4 4

С помощью editconf полученные файлы dppc.gro и b_64.gro были преобразованы в pdb:

#editconf -f b_64.gro -o b_64.pdb
#editconf -f dppc.gro -o dppc.pdb

Ниже изображение 1 липида из файла dppc.pdb:

In [6]:
import time
from IPython.display import Image
In [15]:
Image(filename="C:\\Users\\kseni\\Desktop\\головин 2019\\1.png")
Out[15]:

Ниже изображение созданной ячейки с 64 липидами из файла b_64.pdb

In [16]:
Image(filename="C:\\Users\\kseni\\Desktop\\головин 2019\\64.png")
Out[16]:

В файле b.top установили количество липидов в системе - 64

Сделали небольшой отступ в ячейке от липидов, что бы добавить примерно 2500 молекул воды коммандой:

#editconf -f b_64.gro -o b_ec -d 0.5

Провели оптимизацию геометрии системы, что бы удалить "плохие" контакты молекул:

#grompp -f em -c b_ec -p b -o b_em -maxwarn 2
#mdrun -deffnm b_em -v

Изменение максимальной силы в ходе оптимизации геометрии произошло от 4.37970е+05 на шаге 0 до 6.16887е+02 на шаге 51

Добавили в ячейку молекулы воды типа spc:

#genbox -cp b_em -p b -cs spc216 -o b_s

Провели "утряску" воды:

#grompp -f em -c b_s -p b -o b_empr -maxwarn 1
#mdrun -deffnm b_empr -v
#и
#grompp -f pr -c b_empr -p b -o b_pr -maxwarn 1
#mdrun -deffnm b_pr -v

Преобразовали b_pr.gro и b_s.gro в pdb формат:

#editconf -f b_pr.gro -o b_pr.pdb
#editconf -f b_s.gro -o b_s.pdb

Ниже представленно изображение из файла b_s.pdb, после добавления воды в ячейку. Видим много беспорядочно расположенных молекул воды

In [18]:
Image(filename="C:\\Users\\kseni\\Desktop\\головин 2019\\bs.png")
Out[18]:

Ниже представленно изображение из файла b_pr.pdb, полученное после "утряски" воды. Видим, что воды стало меньше, и она лучше расположена. Липиды в ячейке расположены менее упорядочено чем в начале.

In [19]:
Image(filename="C:\\Users\\kseni\\Desktop\\головин 2019\\bpr.png")
Out[19]:

Запустили основное моделирование на суперкомпьтере: sbatch -N1 --ntasks-per-node=2 -e error-gpu.log -o output.log -t 350 -p gpu impi /opt/ccoe/gromacs-5.0.4/build/bin/gmx_mpi mdrun -testverlet -deffnm b_md -v